Генерация свободных радикалов

Около 90% всего потребляемого кислорода восстанавливается цитохромоксидазным ферментом дыхательной цепи митохондрий по уравнению.

Четырсхэлектроннос восстановление кислорода цитохромоксидазой приводит к образованию воды. Однако свободное окисление, как и возможная утечка электронов с промежуточных переносчиков вдыхательной цепи, может привести к генерации токсичных форм кислорода. Так, например, такой высокореакционный кофермент, как коэнзим Q, действующий в середине дыхательной цепи, в частности семихинон коэнзима Q, будучи одноэлектронным переносчиком, иногда передает электрон не своему естественному окислителю (цитохрому Ь), а молекулярному кислороду, что приводит к образованию супероксида (Oj). Молекулярный кислород содержит два неспаренных электрона с одинаково ориентированными спинами, занимающими внешние орбитали, каждая из которых может принять еще один электрон. Таким образом, в приводимой выше реакции могут иметь место четыре одноэлсктронных перехода:

Образующиеся промежуточные продукты — супероксидный радикал (Oj), пероксид водорода Н₂0₂, гидроксильный радикал (НО*) — являются мощными окислителями, накопление которых чрезвычайно токсично для живых организмов.

Источником супероксида может служить также неферментативное частичное окисление оксигемоглобина в метгемоглобин:

Кроме супероксидного радикала, в процессе метаболических превращений может накапливаться пероксид водорода. Так, восстановленные коферменты оксидаз Dи L-аминокислот (соответственно ФАДН₂ и ФМН • Н₂) могут окисляться молекулярным кислородом с образованием пероксида водорода по схеме:

Следует помнить, что все приведенные выше радикалы крайне реакционноспособны и вступают в какую-нибудь другую реакцию окисления, порождая очередной радикал. Таким образом, процесс носит цепной характер и потенциально может продолжаться бесконечно.

При действии активных форм кислорода происходит пероксидное окисление мембранных липидов, что приводит к повреждению структур и функции мембран. Активные формы кислорода способны вызывать окислительные повреждения ДНК. В ядерной ДНК клетки человека такие повреждения оцениваются величиной порядка 10 тыс. вдень, а в митохондриальной ДНК, расположенной в непосредственной близости от дыхательной цепи — генератора супероксида, по-видимому, их частота на порядок выше. В настоящее время доказано действие активных форм кислорода на белки, приводящие к их химической и структурной модификациям (окислительная денатурация).